CN109922932B - 具有伯努利抓取单元和真空抓取单元的抓取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操纵机（3）的末端执行器（2）的抓取装置，所述抓取装置用于将工件（4）保持在工件的工件表面（5）上，该抓取装置具有伯努利抓取单元（6），该抓取装置具有流出单元（7），该流出单元用于将来自伯努利抓取单元（6）的气流（S_B）以如下方式导出到抓取装置（1）和工件表面（5）之间，使得通过该气流（S_B）在如下区域、即伯努利负压区域（8）中能产生用于保持工件（4）的静态的负压，并且该抓取装置具有带有抽吸腔（10）的真空抓取单元（9），其中，在由抽吸腔（10）限定的区域、即真空负压区域（11）中能产生用于保持工件（4）的静态的负压，其中，伯努利负压区域（8）和真空负压区域（11）至少部分重叠，或者其中，伯努利负压区域（8）和真空负压区域（11）彼此包围。

Description

具有伯努利抓取单元和真空抓取单元的抓取装置

技术领域

本发明涉及一种用于操纵机的末端执行器的抓取装置、一种用于操纵机的末端执行器和一种操纵机。

背景技术

由现有技术已知用于操纵机的末端执行器的不同类型的抓取装置。真空抓取装置通常具有抽吸腔，在抽吸腔内产生了用于保持工件的静态的负压。负压可以按照文丘里原理或者借助负压源产生。真空抓取装置大多固定工件。工件然后在保持期间无法相对抓取装置移动。而伯努利抓取装置在抓取装置和工件之间以如下方式产生气流，从而产生了用于将工件保持在伯努利抓取装置和工件之间的负压。这种负压仅保持得和气流存在的时间一样长，因此需要很多的能量用于保持，因为必须连续地维持气流。此外，伯努利抓取装置大多浮动地保持工件。工件然后可以在保持期间相对抓取装置移动。

发明内容

本发明所要解决的任务是，提供一种可靠的、紧凑的和能利于成本地运行的抓取装置，该抓取装置也能灵活地用于不同大小的工件。

上述任务通过一种用于操纵机的末端执行器的抓取装置解决，所述抓取装置用于将工件保持在工件的工件表面上，所述抓取装置具有伯努利抓取单元，所述抓取装置具有流出单元，所述流出单元用于将来自伯努利抓取单元的气流以如下方式导出到所述抓取装置和所述工件表面之间，使得通过所述气流在如下区域、即伯努利负压区域中能产生用于保持所述工件的静态的负压，并且所述抓取装置具有带有抽吸腔的真空抓取单元，其中，在由所述抽吸腔限定的区域、即真空负压区域中能产生用于保持所述工件的静态的负压，其中，所述伯努利负压区域和所述真空负压区域至少部分重叠，或者其中，所述伯努利负压区域和所述真空负压区域彼此包围。

通过设置伯努利抓取单元，可以按照伯努利抓取单元的方式来保持工件，所述伯努利抓取单元具有流出单元，该流出单元用于将来自伯努利抓取单元的气流以如下方式导出到抓取装置和工件表面之间，使得通过气流在如下区域中、即伯努利负压区域中能产生用于保持工件的静态的负压。

通过设置具有抽吸腔的真空抓取单元可以特别节能地保持工件，其中，在由抽吸腔限定的区域、即真空负压区域中能产生用于保持工件的静态的负压。

为了提供一种尽可能紧凑和灵活的抓取装置，按照本发明进一步规定，伯努利负压区域和真空负压区域至少部分重叠或者伯努利负压区域和真空负压区域彼此包围。由此也能特别灵活地操纵不同大小的工件。在此当然并不取决于不同类型的抓取装置的网目距离（Rasterabstand），因为按建议的抓取装置将两种功能原理结合在一起。

在当前，工件在其工件表面上被抓取。有待抓取的工件可以至少部分由形状稳定的或由柔软的材料制成。有待抓取的工件尤其可以涉及铝板或铝箔和/或纤维材料、特别是纤维垫。有待抓取的工件原则上可以是结构构件、特别是飞机结构构件或者是用于这种结构构件的半成品。

在本发明的一种扩展设计方案中建议，伯努利负压区域完全布置在真空负压区域中，并且/或者，真空负压区域完全布置在伯努利负压区域中。

优选的是，伯努利抓取单元至少部分、优选完全地布置在真空抓取单元中。进一步优选的是，伯努利抓取单元至少部分、优选完全地布置在抽吸腔中。这实现了一种特别紧凑的设计并且同时实现了大的真空负压区域。

按照一种改进的技术方案，伯努利抓取单元允许以工件沿工件表面的运动自由度浮动地保持面状的工件。由此特别是在工件通过末端执行器变形时实现均衡。而真空抓取单元允许了在工件沿着工件表面没有运动自由度的情况下牢固地保持工件。

按照一种改进的技术方案，抓取装置具有伯努利运行模式，在该伯努利运动模式中，由伯努利抓取单元保持工件。此外设置真空运行模式，在该真空运行模式中由真空抓取单元按需要保持工件。此外，抓取装置原则上可以具有组合的运行模式，在该组合的运行模式中，由伯努利抓取单元和由真空抓取单元保持工件。

在真空抓取单元和伯努利抓取单元的有利的结构性设计方案中，所述抽吸腔由波纹抽吸体、优选由折叠波纹抽吸体形成。所述真空抓取单元具有用于将负压施加到抽吸腔上的负压管路，并且/或者，所述伯努利抓取单元具有用于将压缩空气施加到所述流出单元上的压力管路。所述负压管路的和所述压力管路的中轴线至少部分彼此同轴，优选的是，所述负压管路容纳在所述压力管路中，并且/或者，所述压力管路容纳在所述负压管路中。

在一种扩展设计方案中建议，抓取装置形成了预装配的单元并且能作为单元装配在末端执行器上。由此能在末端执行器上特别简单地更换抓取装置。

开头所说明的任务还通过一种基于至少一个上述抓取装置的末端执行器解决。

得出了和之前已结合抓取装置所说明那样相同的优点。就此而言应当参考之前的实施方案。

末端执行器在此并且优选具有至少两个抓取装置。在此，可以按照第一种备选方案，仅抓取装置的一部分能以之前所说明的方式设计。按照第二种备选方案，所有的抓取装置也能以之前所说明的方式构造。

此外，开头所说明的任务通过一种操纵机解决。该操纵机在此设计有至少三个轴，所述至少三个轴用于定位上述末端执行器。

得出了和之前结合抓取装置和/或结合末端执行器所说明那样相同的优点。

所述操纵机优选具有用于特别是气动地连接抓取装置或将抓取装置中的至少一个抓取装置连接到特别是气动的供应源上的能开关的阀装置。供应源在此尤其涉及压力源和/或负压源。多个抓取装置在此并且优选借助所述阀装置成一组地能连接到和/或被连接到所述供应源上。

附图说明

接下来借助仅示出实施例的附图更详细阐释本发明。附图中：

图1示出了用于在按建议的操纵机上的按建议的末端执行器的按建议的抓取装置；

图2示出了具有多个按建议的抓取装置的按建议的末端执行器，其中，抓取装置在a）和b）中在不同的组中被联合；

图3示出了按照图1的视图III对按建议的抓取装置的第一个实施例的剖面；

图4示出了在伯努利运行模式中的按建议的抓取装置；

图5示出了在真空运行模式中的按建议的抓取装置。

具体实施方式

在图1中示出了用于操纵机3的末端执行器2的抓取装置1，所述抓取装置用于将工件4在工件的工件表面5上进行操纵（Handhabung）。用按建议的抓取装置1原则上可以操纵每一个工件4，所述工件在其工件表面5上能借助静态的负压抓取。工件4可以涉及具有相应的工件表面5的每一个（jedwedes）工件。

用抓取装置1能保持形状稳定的或者也柔软的工件4。这些柔软的材料可以尤其是铝板或铝箔和/或纤维材料、特别是纤维垫。纤维材料可以涉及干燥的纤维材料和/或预浸透的纤维材料。

按照建议，抓取装置1具有伯努利抓取单元6。该伯努利抓取单元6具有流出单元7，流出单元用于将来自伯努利抓取单元6的气流以如下方式导出到抓取装置1和工件表面5之间，使得通过所述气流在如下区域、即伯努利负压区域8中在工件表面5上能产生用于保持所述工件4的静态的负压。气流除了静态的压力部分外还具有动态的压力部分。对此参考伯努利方程。

按建议的抓取装置1还具有真空抓取单元9。该真空抓取单元包括抽吸腔10。用抽吸腔10能在工件表面5的上方由该抽吸腔10限定的区域、即真空负压区域11中产生用于保持工件4的静态的负压。在用真空抓取单元9保持时在抽吸腔10中优选基本上不出现气流。

在使用概念“真空”时，在此指的是相对环境压力更小的压力。这尤其与概念“真空抓取单元”、“真空负压区域”和“真空运行模式”相关。

在保持工件4时，抽吸腔10和工件4在此并且优选基本上形成闭合的空间。由此必须为了接收工件4而在抽吸腔10中建立（aufbauen）负压，然后为了保持工件4必须只得到负压。这实现了用于保持工件4的特别低的能耗。就此而言，在工件4和抓取装置1之间的区域在用真空抓取单元9保持工件4时基本上没有气流。因此在用真空抓取单元9保持工件4时，如之前已经阐释的那样在抓取装置1中、特别是在抽吸腔10中出现基本上静态的压力状态。

与此相反的是，为了用伯努利抓取单元6保持工件4，至少在抓取装置1和工件4之间的部分区域内连续地产生气流。

为了提供一种特别紧凑的、可靠地保持工件4的并且能灵活地使用的抓取装置1，伯努利负压区域8和真空负压区域11至少部分重叠，如在图中所示那样。备选地并且在此未示出地也能规定，伯努利负压区域8和真空负压区域11彼此包围。在两种情况下，抓取装置1均能特别灵活地用于不同大小的工件4。

在图中所示的实施例中，伯努利负压区域8完全布置在真空负压区域11中。但备选也能规定，真空负压区域11完全布置在伯努利负压区域8中。

针对伯努利负压区域8和真空负压区域11彼此包围的情况，伯努利负压区域8和真空负压区域11彼此分开。伯努利负压区域8和真空负压区域11在这种情况下特别优选直接彼此相邻（angrenzen）并且特别是通过障碍物、例如通过弹性的壁元件彼此分开。

如在图3至5中所示那样，伯努利抓取单元6至少部分，在此并且优选完全布置在真空抓取单元9中。伯努利抓取单元6在此能至少部分，在此并且优选完全地布置在抽吸腔10中。但在一种备选的设计方案中也可以规定，真空抓取单元9至少部分、优选完全地布置在伯努利抓取单元6中。

伯努利抓取单元6原则上能浮动地保持面状的工件4，因而工件4能相对抓取装置1沿着工件表面5、特别是几乎无摩擦地移动。实现了用伯努利抓取单元6保持工件4的气流在此形成了气垫，工件4能相应地在该气垫（Luftkissen）上移动。

而真空抓取单元9允许了在工件4沿工件表面5没有运动自由度的情况下牢固地保持工件4。工件4在此不能相对真空抓取单元9移动。就此而言可以用伯努利抓取单元6产生一种用于工件4的滑动轴承，而用真空抓取单元9则可以形成一种用于工件4的固定轴承。

抓取装置1优选具有伯努利运行模式和/或真空运行模式，在伯努利运行模式中，由伯努利抓取单元6保持工件4，在真空运行模式中，由真空抓取单元9保持工件4。抓取单元1能附加或备选地具有组合的运行模式，在组合的运行模式中，由伯努利抓取单元6和由真空抓取单元9保持工件4。进一步优选的是，抓取装置1在伯努利运行模式中首先、特别是仅通过伯努利抓取单元6保持工件4或者在真空运行模式中首先、特别是仅通过真空抓取单元9保持工件。

一种在流动技术上特别有利的并且在此示出的设计方案涉及伯努利抓取单元6的和/或真空抓取单元9的参照抓取轴1a基本上旋转对称的设计方案。但原则上也能偏离这种旋转对称。

伯努利抓取单元6具有用于施加压缩空气到流出单元7上的压力管路12。如在图4中所示那样，压缩空气通过压力管路12流到流出单元7中并且从该流出单元参照抓取轴1a沿径向导出。流出单元7为此在此并且优选具有多个开口7a，所述开口围绕抓取轴1a分布。开口7a的中轴线优选基本上平行于工件表面5延伸。但所述中轴线备选也相对工件表面5倾斜了直至30°的角度。如在图4中所示那样，在此并且优选在工件表面5和抓取装置1、在此为伯努利抓取单元6之间形成气垫（Luftpolster），该气垫由也产生了用于保持工件4的负压的气流形成。工件4由伯努利抓取单元6如上面简述的那样基本上无接触地保持。

仅为了确保在伯努利运行模式中在工件表面5和抓取单元1之间始终留有间隙（Spalt），伯努利抓取单元6具有一系列支撑元件13。工件4因此在伯努利运行模式中能被可靠地保持，即使例如在工件4上形成了不期望的机械的振动。

真空抓取单元9如上文所述那样具有抽吸腔10。该抽吸腔10通入抽吸开口14，该抽吸开口在真空运行模式中与工件表面5处于接触之中并且限定了真空负压区域11。用于保持工件4的保持力通过将负压施加到抽吸腔10上产生。为此，该抽吸腔能通过负压管路17连接到负压源上、特别是负压泵上。负压源的功能也能由文丘里装置承担，倘若仅存在一个压缩空气接头的话。

抽吸腔10在此并且优选由波纹抽吸体(Balgsaugkörper)15、优选由折叠波纹抽吸体形成。在波纹抽吸体15中，在此并且优选布置有特别是由塑料和/或金属制成的增强元件15c。如在图5中所示那样，该波纹抽吸体15此外特别是通过自身的弹簧区段15a弹性地支承在抓取装置1上。此外，波纹抽吸体15在抽吸开口14的区域中还具有用于弹性地贴靠到工件4上的弹簧区段15b。

波纹抽吸体15如在图3至5中所示那样一件式构成、特别是一体式构造。多件式的设计方案原则上也是可能的。波纹抽吸体15可以尤其具有两个或三个波纹抽吸体部分，它们可能在它们的材料特性上有所区别。

如在图1中可以看到的那样，在此在抽吸开口14中设置有用于支撑和贴靠到工件4上的支撑区段16。支撑区段进一步优选构造在波纹抽吸体15上。因此达到了在真空运行模式中对工件表面5的稳定的支撑。

此外，真空抓取单元9具有用于在抽吸腔10中施加负压的负压管路17。在此，负压管路17的和压力管路12的中轴线至少部分彼此同轴。特别优选的是，负压管路17容纳在压力管路12中，并且/或者，压力管路12容纳在负压管路17中，如在实施例中所示那样。这种构造方案实现了抓取装置1到末级执行器2上的完全特别简单的连接。但压力管路12和负压管路17备选也能彼此分开地构造。

抓取装置1在此并且优选构造成预装配的单元，该预装配的单元作为单元能装配在末端执行器2上。针对负压管路17容纳在压力管路12中或者压力管路12容纳在负压管路17中的情形，这种装配能特别简单地通过螺旋连接实现。抓取装置1优选传力配合地和/或形状配合地与末端执行器2连接，因而能简单地更换故障的抓取装置1。

如在图1和2中所示那样，在用于操纵机3的按建议的末端执行器2上设置有至少一个按建议的抓取装置1。末端执行器2优选具有至少两个抓取装置1，其中，至少一个抓取装置1或仅抓取装置1的一部分按建议那样设计，或者其中，如在实施例中那样，所有的抓取装置1均按建议那样构造。

在此并且优选多个抓取装置1共同构成了抓取区域，相应的保持力能通过该抓取区域传递到工件表面5上。视抓取装置1的操控而定，可以由各个部分抓取区域18a-f实现不同的抓取区域。例如在图2a和2b中通过阴影面示出了不同的抓取区域。图2a示出了实现外部的部分抓取区域18a和内部的部分抓取区域18b的可能性。图2b表明，在那里的部分抓取区域18c、18d、18e、18f均能个性化地根据相应的应用情形调整至一定的程度，方式是相应地操控抓取装置1。

操纵机3、特别是末端执行器2，在此并且优选具有能开关的阀装置19用于操控抓取装置，即用于将抓取装置1或抓取装置1之一连接到供应源20上。阀装置19优选具有多个阀。为阀装置19分配相应的电子的控制装置21。

在接收和/或安放（Ablegen）工件4时，一个抓取装置1或多个抓取装置1在真空运行模式中运行。在接收和安放之间，可以为了相对末端执行器2定位工件4和/或为了在末端执行器2上成型工件4而将一个抓取装置1或多个抓取装置1切换到伯努利运行模式中。

在此，一个和/或两个抓取装置1优选保留在真空运行模式中，但也能切换所有的抓取装置1。

最后，在安放时，为了使工件4从末端执行器2松脱，能通过伯努利抓取单元产生压缩空气脉冲。

Claims (25)

1.用于操纵机（3）的末端执行器（2）的抓取装置，所述抓取装置用于将工件（4）保持在工件的工件表面（5）上，

所述抓取装置具有伯努利抓取单元（6），所述伯努利抓取单元具有流出单元（7），所述流出单元用于将来自伯努利抓取单元（6）的气流（S_B）以如下方式导出到所述抓取装置（1）和所述工件表面（5）之间，使得通过所述气流（S_B）在如下区域、即伯努利负压区域（8）中能产生用于保持所述工件（4）的静态的负压，

并且所述抓取装置具有带有抽吸腔（10）的真空抓取单元（9），其中在由所述抽吸腔（10）限定的区域、即真空负压区域（11）中能产生用于保持所述工件（4）的静态的负压，其中所述抽吸腔（10）由波纹抽吸体（15）形成，

其中所述伯努利负压区域（8）和所述真空负压区域（11）至少部分重叠，或者其中所述伯努利负压区域（8）和所述真空负压区域（11）彼此包围，

其中所述真空抓取单元（9）具有用于将负压（17）施加到抽吸腔（10）上的负压管路（17），并且/或者，其中所述伯努利抓取单元（6）具有用于将压缩空气施加到所述流出单元（7）上的压力管路（12），并且其中所述负压管路（17）的和所述压力管路（12）的中轴线至少部分彼此同轴。

2.按照权利要求1所述的抓取装置，其特征在于，所述伯努利负压区域（8）完全布置在所述真空负压区域（11）中，并且/或者，所述真空负压区域（11）完全布置在所述伯努利负压区域（8）中。

3.按照权利要求1或2所述的抓取装置，其特征在于，所述伯努利抓取单元（6）至少部分地布置在所述真空抓取单元（9）中。

4.按照权利要求3所述的抓取装置，其特征在于，所述伯努利抓取单元（6）完全地布置在所述真空抓取单元（9）中。

5.按照权利要求3所述的抓取装置，其特征在于，所述伯努利抓取单元（6）至少部分地布置在所述抽吸腔（10）中。

6.按照权利要求5所述的抓取装置，其特征在于，所述伯努利抓取单元（6）完全地布置在所述抽吸腔（10）中。

7.按照权利要求1或2所述的抓取装置，其特征在于，所述伯努利抓取单元（6）允许以工件（4）沿着所述工件表面（5）的能动性浮动地保持所述工件（4），并且/或者，所述真空抓取单元（9）允许在工件（4）沿着所述工件表面（5）没有能动性的情况下牢固地保持工件（4）。

8.按照权利要求1或2所述的抓取装置，其特征在于，所述抓取装置（1）具有伯努利运行模式，在所述伯努利运动模式中由所述伯努利抓取单元（6）保持所述工件（4），并且/或者，所述抓取装置（1）具有真空运行模式，在所述真空运行模式中由所述真空抓取单元（9）保持所述工件（4），并且/或者，所述抓取装置（1）具有组合的运行模式，在所述组合的运行模式中，所述工件（4）由所述伯努利抓取单元（6）和由所述真空抓取单元（9）保持。

9.按照权利要求1或2所述的抓取装置，其特征在于，所述抽吸腔（10）通入抽吸开口（14），所述抽吸开口限定所述真空负压区域（11）。

10.按照权利要求1或2所述的抓取装置，其特征在于，所述抽吸腔（10）由折叠波纹抽吸体形成。

11.按照权利要求1或2所述的抓取装置，其特征在于，所述波纹抽吸体（15）支承在抓取装置（1）上，并且/或者，所述波纹抽吸体（15）在抽吸开口（14）的区域中还具有用于弹性地贴靠到工件（4）上的弹簧区段（15b）。

12.按照权利要求11所述的抓取装置，其特征在于，所述波纹抽吸体（15）通过自身的弹簧区段（15a）弹性地支承在抓取装置（1）上。

13.按照权利要求1或2所述的抓取装置，其特征在于，所述负压管路（17）容纳在所述压力管路（12）中，并且/或者，所述压力管路（12）容纳在所述负压管路（17）中。

14.按照权利要求1或2所述的抓取装置，其特征在于，所述抓取装置（1）构成了预装配的单元并且能作为单元装配在末端执行器（2）上。

15.用于操纵机（3）的末端执行器，具有至少一个按照权利要求1至14中任一项所述的抓取装置（1）。

16.按照权利要求15所述的末端执行器，其特征在于，设置有至少两个抓取装置（1）并且仅抓取装置（1）的一部分按照权利要求1至14中任一项所述的抓取装置来构造，或者，所有的抓取装置（1）均按照权利要求1至14中任一项所述的抓取装置来构造。

17.按照权利要求15或16所述的末端执行器，其特征在于，至少在整个抓取区域（18）的外部的区域中布置按照权利要求1至14中任一项所述的抓取装置。

18.按照权利要求17所述的末端执行器，其特征在于，在整个抓取区域（18）的角部区域中布置按照权利要求1至14中任一项所述的抓取装置。

19.按照权利要求18所述的末端执行器，其特征在于，在整个抓取区域（18）的至少两个角部区域中布置按照权利要求1至14中任一项所述的抓取装置。

20.操纵机，具有至少三个轴、具有按照权利要求15至19中任一项所述的末端执行器（2）。

21.按照权利要求20所述的操纵机，其特征在于，所述操纵机是机器人。

22.按照权利要求20所述的操纵机，其特征在于，所述操纵机（3）具有用于将所述抓取装置（1）或所述抓取装置（1）中的至少一个抓取装置连接到供应源（20）上的能开关的阀装置（19）。

23.按照权利要求22所述的操纵机，其特征在于，所述能开关的阀装置（19）构造用于将所述抓取装置（1）或所述抓取装置（1）中的至少一个抓取装置连接到压力源上和/或负压源上。

24.按照权利要求22所述的操纵机，其特征在于，所述能开关的阀装置（19）构造用于将所述抓取装置（1）或所述抓取装置（1）中的至少一个抓取装置气动地连接到气动的供应源（20）上。

25.按照权利要求22所述的操纵机，其特征在于，多个抓取装置（1）能够借助所述阀装置（19）成一组连接到所述供应源（20）上。

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